RFe2(R=rare earth)立方Laves相磁致伸缩合金具有较大的磁致伸缩系数并在传感器和声纳方面得到了广泛的应用。众所周知,TbFe2具有很大的磁致伸缩,但也同时存在较大的磁晶各向异性,因此需要较高的磁场才能获得大的磁致伸缩系数。为了提高材料的低场磁致伸缩系数,Clark等人提出了由两种磁晶各向异性相反,磁致伸缩符号相同的稀土材料RFe2组成的RxR’1-xFe2各向异性补偿系统,例如著名的磁致伸缩合金Terfenol-D(Tb0.27Dy0.73Fe2)。但是由于Tb和Dy都属于重稀土元素,因此高昂的价格限制了磁致伸缩材料的进一步的推广,用Pr和Nd等轻稀土元素替代重稀土元素制备磁致伸缩材料成为现在研究的热点。依照单离子模型理论,NdFe2在0 K时的理论磁致伸缩值高达2000 ppm,且NdFe2具有与TbFe2相同的磁致伸缩符号和相异的各向异性符号,因此TbxNd1-xFe2和TbxDy1-xFe2一样可以构成各向异性补偿系统。另一方面Ren等人发现虽然DyFe2和PrFe2具有相同的各向异性符号K1,但根据单离子模型理论,并考虑到高阶各向异性常数K2,PrxDy1-xFe2依然可以构成各向异性补偿系统。但是由于Pr和Nd的原子半径较大,采用传统的熔炼及后续退火的方法很难获得RFe2Laves单相合金,因此本论文采用熔体快淬和高压退火的办法合成了一系列少量过渡金属Co置换的Fe高镨钕含量R(Fe0.8Co0.2)2磁致伸缩材料,主要分以下三个方面:1.Tb0.2Nd0.8(Fe0.8Co0.2)1.9熔体快淬材料的结构和磁性能的研究我们发现传统的铸锭退火难以合成的高钕含量的立方Laves相Tb0.2Nd0.8(Fe0.8Co0.2)1.9材料,通过熔体快焠及随后的低温退火的方法可以成功制备。熔体快淬的铜盘转速和不同退火温度对Tb0.2Nd0.8(Fe0.8Co0.2)1.9材料的结构和磁性能的影响得到了深入的研究。在铜盘转速为40 m/s和退火温度为773 K的条件下,可以得到立方Laves单相的条带合金。晶粒的平均尺寸随着铜盘转速从10 m/s增加到40 m/s,通过穆斯堡尔谱的分析,Tb0.2Nd0.8(Fe0.8Co0.2)1.9 Laves相化合物的易磁化方向在室温沿着<111>方向。在转速40 m/s下得到的条带,掺入少量环氧树脂压片后在室温下测得的磁致伸缩为321 ppm。本工作提供了一种不需要高压退火法,在常压下就可以合成亚稳态高Nd含量的立方Laves相磁致伸缩材料的方法。2.Co替换对Tb0.2Nd0.8(Fe1-xCox)1.9(0≤x≤0.4)熔体快淬合金的结构和磁性能的影响研究了Tb0.2Nd0.8(Fe1-xCox)1.9(0≤x≤0.4)合金在室温下的结构、磁性能和磁致伸缩性能。当0.1≤x≤0.4时,Tb0.2Nd0.8(Fe1-xCox)1.9合金为立方MgCu2型结构的纯赝二元Laves相。随着Co的增加,材料的晶格常数从7.442?降低到7.39?。Tb0.2Nd0.8(Fe1-xCox)1.9合金的磁矩在x=0.2附近存在一个极大值,这与刚性能带模型相符。居里温度随着x的增加先从x=0时的595 K增加到x=0.2时的633 K,随后降低到x=0.4的555 K。将条带磨成粉后再与5%的环氧树脂进行压片,磁致伸缩在低磁场环境下当x=0.2时存在一个峰值,Tb0.2Nd0.8(Fe1-xCox)1.9合金的在室温下磁致伸缩为321 ppm。本工作揭示了不同含量的Co在制备高Nd含量的亚稳态立方Laves相磁致伸缩材料中的影响。3.Pr1-xDyx(Fe0.8Co0.2)1.93合金的结构、磁性能和磁致伸缩性能的研究研究了Pr1-xDyx(Fe0.8Co0.2)1.93(x=0,0.05,0.1,0.2,0.3)合金在室温下的结构、磁性能和磁致伸缩性能。我们发现这些在常压下无法合成的样品能够在高压退火的作用下合成立方Laves单相。样品的居里温度随着x的增加而增加,说明3d-4f离子对随着Dy的加入作用增强。饱和磁化强度随着x的增加而降低,这是由于稀土次晶格磁矩的补偿所导致的。材料的易磁化方向在x≤0.05时沿着<111>方向,当x≥0.10时又沿着<100>方向。在低磁场环境下Pr1-xDyx(Fe0.8Co0.2)1.93的磁致伸缩在x=0.05处达到了峰值后随着x的增加而降低,说明在Pr1-xDyx(Fe0.8Co0.2)1.93系统中Pr3+和Dy3+离子实现了各向异性各向异性补偿。Pr1-xDyx(Fe0.8Co0.2)1.93在磁场下实现了较大的的磁致伸缩系数(在3 kOe磁场下648 ppm)并兼顾了原材料价格低廉的优点。